物质不会平白无故地消失，光到底去哪了

　　这是我们日常生活中常见的一种现象，我们在一个漆黑的屋子里用手电筒或者蜡烛照亮，当关掉手电筒或者熄灭蜡烛以后，整个屋子也立即暗下来。我们夜晚打开手电筒朝着天空照射，可以看到一条光柱，如果关掉手电筒，光柱也会立即消失，那无论是手电筒还是蜡烛，它们发射出去的光势必是一种物质，物质不会平白无故地消失，那光到底去哪了呢？

　　要弄清楚这个问题之前，我们得先明白光到底是怎么产生的。大家知道，光是一种电磁波，具有波粒二象性，也就是说既有波动性，又有粒子性，而从太阳发出的光线是包含着伽马射线、X射线、紫外线、可见光、红外线和无线电波的“复合光”，各种光线的频率和所携带的能量差异很大。我们肉眼所见的只是其中的一小部分，即可见光，其波长范围为380-780nm。

　　对于伽马射线来说，主要来源于原子核的放射性衰变、核裂变、聚变等过程，当有电子的产生或者湮灭时，就会伴有伽马射线光子的产生；对于X射线来说，简单来说就是原子中的内层电子在受到激发和发生跃迁的过程中产生的；对于紫外线、可见光和红外线来说，其主要来源于原子中的价电子，在被激发到高能级的轨道后，然后再向低能级轨道跃迁所产生；而无线电波则是自由电子在被激发后，能量降低过程中所释放的。从以上可以看出，各种不同的光，其产生原理不尽相同，但是却有一个共同点，那就是都是在原子的重要组成部分-电子，在自身能量发生改变时，即电子从高能级状态转化到低能级状态的过程中，所失去的那部分能量将转化为光子，光子的聚合体就形成了光线。太阳在核聚变过程中，以上过程都相应存在，因此发出的光线是一种复合的光。

　　无论是手电筒、蜡烛，还是其它的所有光源，虽然发光机制不同，但光线形成的根本原理都差不同，都是电子所具有的部分能量转化为光子的能量。爱因斯坦在狭义相对论的基础上推导出了质能方程E=m*c^2，对物体的质量和所具有能量对应关系进行了统一，物体的质量越大，将其加速到一定速度所需要的能量就越高，而光速是宇宙中最快的速度，因此有质量的物体，哪怕是极微小的质量，如果要将其加速到光速，所需要的能量将也会是无穷大，因此不可能被加速到光速。而光子例外，它没有静止质量，在形成以后就拥有了光速，不需要加速过程，只要原子中的电子一直处于被激发然后能量回落，则光子就会持续不断地产生，这就是太阳内部只要持续进行着核聚变，光子就会源源不断产生的原因，也是我们打开手电筒，只要电池有电，则光线也会源源不断地向外散发的原因。

　　光线是由光子构成的波粒“组合”体，我们可以想象一下在水面上有一个振动源，则水面就会形成以振动源为中心、向四周均匀扩散的水波，如果振动源消失，则水波依然会存在，逐渐向四周扩散，而中心区的水面重新归于平静，光波的道理也一样。而从粒子性方面考虑，我们可以想象从水壶中向外倒水，只要水壶中有水，则通过壶嘴向外倒就会一直有水流，假如我们在倒的过程中将壶嘴正立，使之不向外出水，那么倒下的水流还将会沿着原有的路径行进，并不会因为壶嘴不出水了而消失，光的粒子性也一样。

　　我们打开手电筒照亮，发出的光线由无数光子所组成，光子源源不断地从手电筒中发出，形成了直线相连的光线然后被我们的肉眼所捕捉到。如果这个时候关闭手电筒，新的光子就将不会再从手电筒中发出，和前面的道理一样，之前所发射的光线依然会存在，而我们之所以看到光线立即消失，主要取决于两个方向的原因。

　　第一是光线被周围的物体吸收了。光线由具有不同能量的光子所组成，我们通常所说的光能，实际上我们也可以理解为光子本身所具有的运动动能，在真空中由于没有任何杂质的干扰，光线可以无限地传播下去，其运动运能一直可以不发生衰减。在实际的宇宙空间中并非完全的真空，也分布着各种星体，并且充斥着稀薄的星际物质，当光线在行进的过程中遇到这些物质时，就会有一部分光子的运动动能，转化为星际物质组成原子的内能，从而光线的能量发射衰减，这就是为什么距离恒星越远，其所发出的光线越弱的原因。

　　而在地球上，我们打开手电筒，由于空气中含有大量的气体分子和悬浮颗粒，对光线能量的吸收效率非常高，手电筒发出光线的能量，不足以支撑长距离的光能衰减，因此即使一直打开也不可能照射到很远的地方。之所以太阳光、激光能够穿越大气层，在于其光线频率很高，能量极高，在穿进大气层中虽然会发生能量衰减，但也仅占总能量的一小部分。所以，在关闭手电筒以后，光线的能量会在很短的时间内就会被大气分子和其它物质所吸收，从而转化为空气和物质的内能。

　　第二是光线的传播速度极快。刚才提到了，我们之所以能够看到光线，一方面是因为可见光的缘故，另一方面是从光源处源源不断释放光子形成“光柱”的原因。光线的传播速度最快，即使在空气介质中有一定的衰减，但其绝对值也可以近似地认为是在真空中的速度，在此速度之下，一秒的时间光线就将走过近30万公里这么远的路程。如果我们关闭手电筒，那么即使是最后从手电筒发生的光子，在0.04秒我们人眼所能觉察到的最短时间间隔内，这批光子已经走过了1.2万公里，这么一小束光，在如此短的时间内就跑到了如此遥远之处，而且还发生着不断地衰减，我们人眼怎么能够看得到呢。